Dick Van Dyke interpreta a un excéntrico inventor de nombre Caractacus Potts, que consigue convertir un viejo coche de carreras (llamado originalmente "Paragon Panther") en un vehículo que podía volar y flotar sobre el agua al que denominó Chitty Chitty Bang Bang. Con este coche viaja junto a su padre (Lionel Jeffries), sus hijos (Heather Ripley y Adrian Hall) y su bella novia (Sally Ann Howes) a un mundo mágico de piratas y castillos donde viven increíbles aventuras . Juntos se enfrentan al Barón Bomburst (Gert Fröbe) y a otros villanos. Destaca también en el reparto James Robertson Justice en el papel de Lord Scrumptious.